Falánk baktériumok és az evolúciós újítások titka

Hogyan jönnek létre az evolúció során azok az újítások, amelyek több mutáció együttes meglétét igénylik? Ez a kérdés Darwin óta komoly kihívást jelent az evolúcióbiológia számára. Az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont munkatársai baktériumok anyagcseréjének evolúcióját vizsgálva nemrég új mechanizmust javasoltak. A Nature Communicationsban megjelent munkájukban kimutatták, hogy az új, korábban hasznosíthatatlan tápanyagok felhasználását végző komplex biokémiai útvonalak egyszerűbb lépések sorozatával is kiépülhetnek amennyiben a baktérium környezete is változik - számolt be róla a Magyar Tudományos Akadémia internetes oldala.

A természetes szelekción alapuló darwini elmélet egyik központi tétele, hogy az evolúciós alkalmazkodás kis lépések sorozatával valósul meg. Már Darwin is felismerte azonban, hogy ez az elv igen nehézkesen használható, ha olyan bonyolult szervek eredetét kell megmagyarázni, mint például a szem. A szem számos alkotórész precíz kölcsönhatásából épül fel, bármely részét megváltoztatva sérül működése. Hogyan alakulhattak ki az evolúció során az ilyen komplex struktúrák kis lépések sorozatával?

A szem esetében az elfogadott magyarázat az, hogy fényérzékeny sejtek csoportosulásából kiindulva fokozatosan, apró módosítások sorozatával el lehet jutni a lencsével rendelkező szemig úgy, hogy minden átmeneti állapot előnyt jelentett. Hogyan alakultak ki viszont azok a molekuláris struktúrák, például fehérjekomplexek, vagy többlépéses anyagcsereutak, ahol az átmeneti állapotok előnye nem nyilvánvaló? Mire jó egy félkész anyagcsere-útvonal, ha nem tudja előállítani a végterméket?

Papp Balázs és Pál Csaba Lendület-kutatócsoportjai a baktériumok anyagcseréjét vizsgálva javasoltak új megoldást. A baktériumok életében fontos evolúciós újítás, amikor képessé válnak egy korábban nem hasznosított tápanyagmolekula lebontására. Ez a képesség általában több új biokémiai reakció együttes megjelenését igényli, amelyek az új tápanyagmolekulát több lépésben becsatornázzák a sejt központi anyagcserehálózatába. A kutatók hipotézisének lényege, hogy a több lépésből álló új biokémiai útvonalak egyes lépései önmagukban is hasznosak lehetnek egy másik tápanyagkörnyezetben. Így ha a környezet folyamatosan változik, akkor az átmeneti állapotok is előnyt élveznek, és a többlépéses útvonal a klasszikus darwini mechanizmussal kiépülhet. Részletek a kutatásról itt